砷化镓的单晶制备与应用

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1、砷化镓的单晶制备与应用李强（山东大学物理学院学号：201000100046）摘要：砷化镓材料的特性使其在制备过程屮容易产生缺陷，对大直径砷化镓单晶錠缺陷的研究至关重要。研究LEC（液封直拉法）制备砷化镓单晶发现，增加三氧化二硼的厚度、改善单晶炉内温场等措施能冇效减少砷化镓晶体屮缺陷的产生。作为发展最快的第二代半导体材料，砷化镓具冇广阔的应用前景，本文以近年来半导体行业的发展为基础对砷化镓的未来进行了展望。ABSTRACT:GaAsmaterialpropertiesmakeitpronetodefectsinthepreparationprocess,thedefec

2、tsinvestigationoflargediameterGaAssinglecrystalisessential.ResearchingLEC（liquidencapsulatedCzochralski）PreparationofGaAssinglecrystalfoundthatincreasingthethicknessofboronoxide,singlecrystalfurnacetemperaturefieldimprovementsandothermeasurescaneffectivelyreducethedefectsingalliumarseni

3、decrystal•Asthesecondgenerationofthefastestgrowingsemiconductormaterial,galliumarsenidehasbroadapplicationprospects•inthispaperthefutureofgalliumarsenidewerediscussed,basedonhedevelopmentofthesemiconductorindustryinrecentyears.关键词:砷化镓单晶生长液封密封法缺陷控制应用前景引言：GaAs是重要的III-V半导体化合物，巾丁其优越的性能，有H益广

4、阔的应用前景，国内外进行丫广泛的研究。随着GaAs1C集成度的提高和降低成木的需要，GaAs单晶大直径、高质量的生产冇了更高的要求。1制备工艺目前III-V族化合物单品主要从熔体中生长，生长方法与锗、硅大致相同。由于砷化镓在熔点吋离解蒸气压较人，制备过程需要适当改变设备与工艺，控制砷气压防II:熔体离解。基于GaAs材料的特殊性质，现制备GaAs单晶的主要方法有布里命曼法、梯度冷凝法和液态密封法。液态密封法又称LEC(liquidencapsulationczochralskimethod)法，是R前拉制大直径III-V族化合物单晶最重耍的方法。打;2保髁炉;3坤抱:

5、4KjQ)；5GaAs;6保ft!系貌1.1LEC法简介为抑制砷元素的挥发，M时抑制砷化镓多品合成前的砷的蒸气压，制备过程中使用如阉所示的高压单晶炉。在高压炉内，将砷、镓原材料盛于石英干锅中，使用透明、惰性熔体氣化硼浮于砷化镓熔体表Iftf起液封作川，冉在惰性熔体上充以一定乐力的惰性气体氩，使氧化硼上部气压大于熔体挥发性元素的离解气压，抑制挥发性组元的离解挥发。1.2单晶制备工艺LEC法制备砷化镓单品的工艺流程如下：(I)装料:图I.高压单晶炉将镓放入镓杯中，与镓成1:1原子数之比的砷放入砷泡中，将纯净的三鉍化二硼放在石英坩埚内，封W炉膛后抽真空。(2)脱水：由于三氧

6、化二硼具有强烈的吸水性，水能与镓在高温下发牛反应，生成的氧化镓污染砷化镓，其至破坏单晶生成，所以必须脱去三氣化二硼屮的水，以高温真空屮不冒水泡为准。在真空环境下，首先在低温除去大部分水，然后逐渐升温。但在800X2EA,三氧化二硼粘度很人，稃易加出来，需跳过此温区，以免损坏加热器，最P保持在900〜looorfuj某怛温一段吋间。(3)充氩和倒镓：W镓在800°C能与石英锅发生反应，脱水完成后，降温至600〜700'C将纯净的氩气以一定气压充入炉膛，，然P将镓倒入坩埚。镓的纯度对成晶率冇一定影响，在装炉前对镓杯加适度高温烘烤以出去賦化膜，防止氧化镓污染。(4)合成：镓

7、倒入以后，将砷泡移至坩埚上，利川热辐射或电阻丝加热砷抱，砷安瓶K端的毛细管尖插入镓液中，升温至合成温度，砷受热气化溶入镓内生长碑J化镓。(5)拉晶：合成完成后，拔出安瓶管，并按直拉法拉品程序，引品一缩颈一放肩一等径牛长一收尾拉光等步骤拉制砷化镓单晶。1.3拉晶过程直拉法是生长半导体单品的主要方法，目前已发展成熟，可应用于大规模生产，应用直拉法拉制砷化镓单品过程与硅相似。首先将熔体温度降到稍高丁熔点，将籽晶下降到熔体表面烘烤几分钟后，继续下降籽晶使K与熔体接触，润和良好后开始提拉，这一步叫做引晶。处于熔体状态的砷原子和镓原子会在提拉过程屮顺肴籽晶屮砷化